پژوهشگران با استفاده از فناوری نانو روشی کارآمد و کم‌مصرف‌تر از روش‌های صنعتی فعلی برای تولید اوره ارائه کردند.
اوره یک ماده مهم صنعتی است که از کودها گرفته تا محصولات مراقبت از پوست، مورد استفاده قرار می‌گیرد. تولید مقادیر زیاد اوره که به‌طور طبیعی در فضولات انسانی و حیوانی وجود دارد، فرآیند مهمی است که امروزه حدود ۲ درصد از انرژی را مصرف کرده و منجر به تولید گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
برای دهه‌ها، دانشمندان و مهندسان تلاش کرده‌اند تا با افزایش جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای کود، این فرآیند را از نظر انرژی کارآمدتر کنند. یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی شامل دانشمندان و مهندسان دانشگاه تگزاس در آستین، روش جدیدی برای ساخت اوره ابداع کرده است که نسبت به فرآیند امروز سازگارتر با محیط‌زیست است و به اندازه کافی محصول تولید می‌کند تا بتواند با روش‌های صنعتی پر انرژی رقابت کند.
ساخت اوره امروز شامل یک فرآیند حرارتی دو مرحله‌ای است که نیاز به سطح بالایی از گرما و فشار در محیط‌های کنترل شده سخت دارد. اما این فرآیند جدید فقط به یک مرحله نیاز دارد و متکی به مفهومی به نام الکتروکاتالیز است که با استفاده از الکتریسیته در یک محلول در دمای اتاق در شرایط محیط محصول را تولید می‌کند.
گویهو یو از محققان این پروژه می‌گوید: «در سراسر جهان ما باید میزان انتشار کربن را کاهش دهیم. به همین دلیل ما می‌خواهیم این مسیرهای پایدارتر را برای تولید اوره با استفاده از الکتروکاتالیز به جای این فرآیند دو مرحله‌ای فعلی توسعه دهیم.»
امروزه اوره اساساً از طریق روش هابر-بوش تولید می‌شود که به‌عنوان یکی از بزرگترین اختراعات قرن بیستم شناخته می‌شود زیرا تولید انبوه کود را امکان‌پذیر کرده و به افزایش عرضه جهانی غذا کمک می‌کند. این ماده نیتروژن و هیدروژن را با هم ترکیب و آمونیاک ایجاد می‌کند و سپس با دی‌اکسید کربن پیوند می‌یابد و باعث ایجاد اوره می‌شود. این فرآیند دو مرحله‌ای برای انجام واکنش، با استفاده از مقدار زیادی انرژی و تولید قابل توجه گاز گلخانه‌ای در طول مسیر، به گرم شدن ۴۰۰ یا ۵۰۰ درجه فارنهایت نیاز دارد.
تولید اوره از طریق الکتروکاتالیز فرآیندی جایگزین است که پایدارتر و دارای انرژی کمتری است. با این حال، این روش در طول تاریخ به اندازه کافی تولید نکرده است که بتواند آن را زنده نگه دارد. این روش بیش از حد فراورده‌های فرعی ایجاد کرده و به انرژی زیادی برای شکستن پیوندهای بلوک‌های سازنده مولکولی برای تحریک واکنش نیاز دارد.
یافتن عناصر یا کاتالیزورهای مناسب برای ایجاد یک واکنش شیمیایی کارآمد چالش اصلی بود. تیم تحقیقاتی دانشگاه تگزاس برای پیوند با دی‌اکسید کربن به جای نیتروژن معمولی از نیترات استفاده کردند و محلول کاتالیزور از نانومواد هیدروکسید ایندیم تشکیل شده است.
یو گفت: «این الکتروکاتالیست نانوموادی بسیار کارآمد با «انتخاب‌گری بالایی» است، به این معنی که فقط آنچه محققان می‌خواهند تولید کند، نه یک دسته از محصولات جانبی. همچنین عملکرد این فرآیند بالاتر نسبت به تلاش‌های قبلی با استفاده از الکتروکاتالیز بوده است.»
یو می‌افزاید: «در مقایسه با نیتروژن، برای از بین بردن پیوندهای نیترات، انرژی بسیار کمتری لازم است و این به تولید بسیار بالاتر اوره کمک می‌کند.»